瑪湖油田瑪東2井區水平井鉆井配套技術

孫新浩 崔兵 徐長龍 邵士柱 陳春 王宇新 黃浩平

摘要：瑪湖油田瑪東2井區致密油水平井鉆井存在鉆井機速慢、鉆井周期長、易垮易漏等問題，為此，在充分分析該井區地層情況和鉆井技術難點的基礎上，進行了水平井鉆井關鍵技術研究，包括鉆頭序列實驗與應用選擇，直井段采用“微彎螺桿+MWD+PDC鉆頭”防斜打快、造斜段及水平段使用“旋轉導向工具+PDC鉆頭”/“BPM工具+PDC鉆頭”/“大功率螺桿+水利振蕩器+PDC鉆頭”等技術研究及應用、應用油基泥漿/鉀鈣基聚合物泥漿體系應用對比等技術，多口井的現場應用結果表明，單井完井周期大幅縮短。瑪湖油田瑪東2井區水平井鉆井配套技術的研究與應用為高效開發瑪東2井區百口泉組/烏爾禾組致密油藏提供了有力的技術支持，為新疆油田的增儲上產做出突出貢獻。

關鍵詞：水平井;機械鉆速;鉆井周期;鉆頭;油基;泥漿;

瑪東2井區水平井2016年施工1口，2017年施工3口，2019年擴大生產規模，施工26口水平井，屬于首次大批量開發。近年來油田為降低鉆井投資，對安全提速和復雜防控提出更高要求。

瑪東2井區開展井下動力工具和鉆頭選型、井身結構的優化、鉆井液井壁穩定性的研究、固井方案及措施的制定以及安全提速技術應用等多方面研究，形成一套適用于瑪東2井區水平井鉆完井配套技術，單井平均鉆井周期由171.75天縮減至76.89天，對瑪東2井區的高效開發具有里程碑意義和示范作用。

1.瑪東2井區鉆完井配套技術方案

1.1鉆井技術難點

瑪東2井區自上而下鉆遇白堊系清水河組，侏羅系頭屯河組、西山窯組、三工河和八道灣組，三疊系白堿灘組、克拉瑪依上組、克拉瑪依下組和百口泉組，二疊系下烏爾禾組。

1）白堊系、侏羅系、三疊系白堿灘組地層承壓能力弱，及易發生井漏;頭屯河組、西山窯組、三工河組泥巖水敏性強易吸水縮徑，造成提下鉆阻卡。

2）三疊系大段泥巖，水敏性強，易吸水分散，鉆頭難以吃入地層，且及易失穩造成井壁垮塌;二疊系多套礫巖礫徑大、地層均質性差，抗壓強度高，可鉆性差，制約機械鉆速。

3）三開段造斜率高，螺桿工具滑動鉆具比例較大，隨著井斜的不斷增大，拖壓現象愈發嚴重，三開段平均機械鉆速受到較大制約。

4）小井眼水平井井筒清潔難題常見，常因巖屑床堆積造成鉆進扭矩增大憋停頂驅，提鉆遇阻、下鉆遇卡。

5）工具鉆頭種類繁多，無對應區塊地層巖性特點研究，無配套使用方案。

1.2主要研究內容

通過對瑪東2地層巖石強度分析，優化工具、鉆頭選型配套;對地層壓力密度分布規律研究，優化鉆井液密度使用;對鄰井事故復雜情況進行統計分析，強化鉆井液性能及工程措施，做好事故復雜預防;試用油基鉆井液，細化體系及各項性能，實現安全提速等等系列措施，形成成熟的瑪東2水平井鉆完井配套技術措施。

1）二疊系、三疊系地質鉆井資料分析調研

巖石力學分析瑪東2井區縱向上多套礫石、砂礫巖井段制約鉆井提速。三疊系地層均質性差，可鉆性3-6級，礫石層單軸抗壓強度>60MPa。

由地層巖石力學參數剖面可知，瑪東2井區地層地層強度屬軟、軟～中硬地層，地層可鉆性極別3～4，部分地層為5。因此，初選PDC鉆頭刀翼數量為5～6，切削齒尺寸13～19mm。

2）全井密度使用探索

吐谷魯群組至白堿灘地層承壓能力較差，鄰井瑪218井發生多次井漏（鉆進至百口泉和烏爾禾組的漏失主要都是上部套管鞋底部白堿灘組砂層漏失）;克拉瑪依組、百口泉組、烏爾禾組地層穩定性差，鄰井多次出現阻卡。

經過對鄰井資料的分析及2019年首輪井的實鉆經驗確定泥漿密度使用范圍為：吐谷魯組1.07-1.13g/cm3，頭屯河組、頭屯河組、三工河組1.13-1.17g/cm3，八道灣組1.17-1.20g/cm3，白堿灘組、克上組1.20-1.23g/cm3，克下組1..50-1.55g/cm3，百口泉組、烏爾禾組g/cm3。

2019年瑪東2井區2輪井、3輪井中復雜時率為零，有效杜絕了井漏、縮徑卡鉆、垮塌卡鉆等復雜事故的發生。

3）二開段微彎螺桿+MWD+PDC技術應用

該技術屬于較為常用的防斜打快技術。利用單彎螺桿在轉動中產生的離心慣性力以增加鉆頭處的側向力，可以有效地防止井斜，同時螺桿動力增加了鉆頭所獲得的機械能量，所以在控制井斜的同時可以獲得更高的機械鉆速。

同時該技術的應用提升了井徑擴大率，解決了三工河組砂泥互層，滲透性強，易造成阻卡問題;有效降低環控壓耗，解決井漏復雜頻發問題。

4）三開段工具鉆頭選型優化

由于國內旋轉導向資源有限，轄區在沒有旋導的情況積極進行了定向工具與鉆頭的配合實驗，同時對鉆頭的切屑輪廓、水利參數、保徑設計等方面進行了針對性改進，形成了適用于瑪東2井區的工具鉆頭選型系列。

造斜段：旋轉導向+MDI513鉆頭/大功率螺桿+DD405鉆頭

水平段：旋轉導向+MDI613鉆頭/BPM工具+BTSH545鉆頭/大功率螺桿+DD406鉆頭

5）開展油基鉆井液試驗及改進

借鑒長寧頁巖氣油基鉆井技術，引進油基泥漿并對抗土侵、抗土侵、抗水侵、抗高溫等性能進行了專項研究分析，形成了成熟的油基鉆井液配方：白油基，鹽水濃度30%，O：W=90：103%主乳+3%輔乳+1.5%潤濕劑+3.0%石灰+3.0%有機土+4.0%降濾失劑+1%OSD-1+3%天然瀝青+5%超細碳酸鈣+重晶石粉。

油基鉆井液的應用很好的解決了拖壓、泥巖水化、垮塌、堵水眼等等問題，大大提升機械鉆速。

2.實施效果

截至11月20日，瑪東2區塊年完井16口（含兩口跨年井），其中跨年井平均機速3.49m/h，平均鉆機月速979.71m/臺月，平均鉆井周期171.75天;2019年經過首輪井的探索與改進，平均鉆井周期縮減至121.95天，同比縮短49.8天;二輪井的施工中持續細化技術方案充分發揮首輪井成熟經驗，實現平均機速7.67m/h（提升119.77%），平均鉆機月速1283.94m/臺月（提升134.31%），平均鉆井周期縮短至76.89天（縮短94.86天）。

創下中完鉆井周期13.77天、三開最短鉆井周期29.75天、二開段最高日進尺870米、水平段最高日進尺226米、造斜段一趟鉆、水平段單趟1149米等等一系列記錄。

3.結論與認識

1）瑪東2井區水平井鉆井配套技術的研究與應用雖已取得較大程度的提速，但在日后的生產實踐中仍有較大的提速空間，需要進一步深入研究探索。

2）油基泥漿鉆井在瑪東2井區屬于初步試驗，雖取得了較好的提速效果，但油基與水基的細化對比以及油基泥漿的進一步優化還需要繼續探索研究。

3）油基泥漿固井在2019年僅僅是進行了初步試驗，其固井液體系、隔離液性質等等需要進一步探索研究，形成固有工藝。

4）隨著瑪東2井區壓裂施工的大規模實施，地層壓力紊亂是后續施工的重要難點。

5）瑪東2井區地處環境敏感區，大規模實施油基泥漿鉆井對清潔化生產提出較高要求，安全環保工作需要進一步規范。

參考文獻：

[1]劉榮桂;邾祝融;程知言;顏庭成;牙輪鉆頭在鉆孔灌注樁進入硬巖中的應用研究[J];四川建筑科學研究;2008年01期

[2]于桂榮，邢玉德，魯港;石油鉆井井身軌道設計的優化計算方法[J];沈陽航空工業學院學報;2003年02期

作者簡介：

孫新浩，男，西部鉆探克拉瑪依鉆井公司第二項目經理部副經理，工程師，2009年畢業于西安大學油田化學專業。